Entalpia topnienia / Topienie
Także: Ciepło topnienia, Entalpia fuzji, utajone ciepło topnienia
Entalpia topnienia to ilość energii, którą substancja musi pochłonąć, aby w temperaturze topnienia przejść ze stanu stałego w ciekły bez zmiany swojej temperatury.
Entalpia topnienia (nazywana też ciepłem topnienia lub utajonym ciepłem topnienia) opisuje energię, którą należy dostarczyć substancji, aby przy stałym ciśnieniu i stałej temperaturze - mianowicie w temperaturze topnienia - całkowicie przeprowadzić ją ze stanu stałego w ciekły. Energia ta nie zmienia temperatury, lecz rozrywa wiązania sieci krystalicznej w ciele stałym. Proces jest endotermiczny; przy krzepnięciu ta sama energia zostaje ponownie uwolniona jako entalpia krystalizacji.
Podstawa fizyczna
Przy ogrzewaniu metalu temperatura najpierw rośnie liniowo. W temperaturze topnienia pozostaje stała mimo dalszego doprowadzania ciepła, aż cała substancja się stopi - dopiero wtedy temperatura stopu rośnie dalej. Dostarczona energia tkwi w pokonaniu międzycząsteczkowych sił wiązania.
Właściwa entalpia topnienia $\Delta H_\text{fus}$ wynika z:
Q = m * dH_fus
gdzie Q to potrzebna ilość ciepła (w J), m to masa (w kg), a dH_fus to właściwa entalpia topnienia (w kJ/kg) danego materiału.
Entalpie topnienia ważnych metali szlachetnych w porównaniu
| Metal | Temperatura topnienia | Entalpia topnienia (kJ/mol) | Entalpia topnienia (kJ/kg) |
|---|---|---|---|
| Złoto | 1064 stopnie C | 12,55 | 63,7 |
| Srebro | 961 stopni C | 11,28 | 104,6 |
| Platyna | 1768 stopni C | 22,17 | 113,6 |
| Pallad | 1555 stopni C | 16,74 | 157,3 |
| Miedź | 1085 stopni C | 13,05 | 205,4 |
Platyna i pallad wykazują zarówno na mol, jak i na kilogram wyraźnie wyższe entalpie topnienia niż złoto, co wyjaśnia zwiększony nakład energii przy ich przetwarzaniu w rafinerii.
Znaczenie dla przetwórstwa metali szlachetnych i wartości topienia
Dla skupu, recyklingu i afinacji starego złota, złomu złota lub złota dentystycznego entalpia topnienia odgrywa praktyczną rolę: wartość topienia przedmiotu opisuje czystą wartość materiału odniesioną do aktualnej ceny złota względnie ceny srebra - niezależnie od formy czy wybicia. Rafinerie i zakłady recyklingu muszą kalkulować termiczny nakład energii przy przetapianiu, który zależy bezpośrednio od entalpii topnienia mieszaniny stopowej.
Próba danego stopu wpływa także na jego efektywną entalpię topnienia: stopy takie jak złoto 585 (14 karatów) topnieją w pewnym zakresie temperatur (solidus do liquidus), a nie w określonym punkcie jak czysty metal złoto czyste (999).
W skrócie
Entalpia topnienia to kluczowa wielkość fizyki metali szlachetnych: określa zapotrzebowanie energetyczne przy przetapianiu, wyjaśnia plateau w krzywej nagrzewania i jest podstawą dla kalkulatora wartości topienia. Wyższa entalpia topnienia oznacza większy nakład energii na kilogram - z bezpośrednim wpływem na koszty przetwarzania w rafinerii i recyklingu.